无线图像传输技术 浅谈COFDM技术在无线图像传输中的应用特性

来源:人文社科 发布时间:2019-05-20 05:37:20 点击:

  摘要: 本文主要介绍了COFDM技术在无线图像传输中的应用特点,与传统模拟无线图像传输技术对比突出的优点!以及该技术的应用领域。   关键词: 非视距;抗干扰性;高速移动
  
  一、COFDM技术简介
  
  无线传输所采用的技术体制可大致分为:模拟传输、数传/网络电台、GSM/GPRS、CDMA、数字微波(大部分为扩频微波)、WLAN(无线网)、COFDM(正交频分复用)等。其中传统技术都不能实现在“有阻挡、非通视和高速移动条件下”的宽带高速传输,随着COFDM技术的发展、成熟,完成这一难题有了可能。
  COFDM(coded orthogonal frequency division multiplexing),即编码正交频分复用的简称,该技术除具有强大的编码纠错功能外,最大特点是多载波调制,它在频域内将给定信道分成许多正交子信道,在每个子信道上使用单个子载波,把数据流也分解为若干个子数据流,分解数据流速率,再利用这些子数据流分别去调制各子载波。各子载波并行传输,减小了对单个载波的依赖性,其抗多径衰落能力、抗码间干扰(ISI)能力、抗多普勒频移能力等都得到了显著提高。
  利用COFDM技术可真正实现“有阻挡、非通视和高速移动条件下”的宽带高速传输,该技术是目前世界上最先进和最具发展潜力的调制技术。
  
  二、COFDM技术应用于无线图像传输优点
  
  无线图像传输广义上属于无线宽带传输,大体了经历模拟、数字传输两个阶段。
  模拟图像传输因其多经干扰、同频干扰和噪声叠加,导致实际应用中图像传输可靠性和高图像质量难以保证,因此模拟图像无线传输在很多行业已基本被淘汰。
  随着图像编解码和无线数字调制技术的发展,无线数字图像传输成为目前的技术中坚。其基本结构均为视音频编码―无线信道数字调制--视音频解码,框图如下:
  目前现有的无线应用中,视音频压缩编码以MPEG2/4、H.261/263等为主。其中高质量图像(标准PAL/NTSC制式或分辨率不小于700×500)一般以MPEG2编解码居多,个别采用小波编解码。其对应的无线传输按体制可以用微波(数字微波、扩频微波)、无线LAN(802.11FHSS、802.11(b)DSSS、802.11(g)DSSS/OFDM、802.11(a)OFDM)等技术实现。虽然,这些技术各有优势,但它们大多都存在共同的缺点,如通视传输、定向传输、不支持移动等,从而限制用户的应用,甚至无法满足部分用户最基本的需求。
  随着OFDM技术及组件的成熟,国外在无线图像上已趋于淘汰微波和802.11FHSS、802.11(b)DSSS等方案,而采用COFDM技术的产品。
  1、适合在城区、城郊、建筑物内等非通视和有阻挡的环境中应用,表现出卓越的“绕射”“穿透”能力。
  传统的微波设备,必须在通视条件(既收发两点之间必须无阻挡)下才能建立链路,所以使用中受环境制约,需要提前考察环境,拟定、实测收发点。即使成功“布点”,天线定向、线缆布置等工作也相当烦琐,不仅直接限制视音频源的获取、传输,而且系统的可靠性、工作效率也大打折扣。
  COFDM无线图像设备则彻底改变了这种局面。因其多载波等技术特点,COFDM设备具备“非视距”、“绕射”传输的优势,在城区、山地、建筑物内外等不能通视及有阻挡的环境中,该设备能够以高概率实现图像的稳定传输,不受环境影响或受环境影响小。其收发两端一般采用全向天线,无须预先“踩点”、“定向”、布设繁杂的视音频输入、输出电缆,视音频源的采集端、接收端可根据现场情况及指挥/导演的要求自由活动。系统简单、可靠,应用灵活。
  2、适合高速移动中传输,可应用于车辆、船舶、直升机/无人机等平台。
  对于大多数行业而言,无线图像的一般应用模式是:视音频前端采集―接入点(车、船、机)--视音频处理中心(一般通过有线链路或卫通)。所以车辆、船舶、直升机/无人机等平台是系统非常重要的组成部分,其核心的功能之一就是实时接入前端的图像。
  微波(数字微波、扩频微波)、无线LAN等设备因其技术体制的原因,无法独立实现收、发端的移动中传输。如应用到车辆、船舶上,通常的方案是再配置附加的“伺服稳定”装置,以解决电磁波定向、跟踪、稳定等问题,且仅能在一定条件下实现移动点对固定点的传输。这样,其系统的技术环节多,工程复杂,可靠性降低,造价极高。
  但对于COFDM设备,它不需要任何附加装置,就可实现固定―移动,移动―移动间的使用,非常适合安装到车辆、船舶、直升机/无人机等移动平台上。不仅传输有高可靠性,而且对比以上的方案,由于无须再配置附加的“伺服稳定”装置,所以表现出很高的性价比。
  3、适合高速数据传输,速率一般大于4M bps,满足高质量视音频的传输。
  高质量的视音频除对摄像机的要求外,对编码流、信道速率要求十分高。一般的数字微波,扩频微波传输中,虽然采用MPEG2编码,但信道多采用2M速率,如E1,使得解码后的图像分辨率一般为352×288,无法满足后期分析、存储、编辑等要求。
  COFDM技术每个子载波可以选择QPSK、16QAM、64QAM等高速调制,合成后的信道速率一般均大于4M bps。因此,可以传输MPEG2中4:2:0、4:2:2等高质量编解码,接收端图像分辨率可达到576×720或480×720,满足后期分析、存储、编辑等要求。
  4、在复杂电磁环境中,COFDM具备优异的抗干扰性能。
  对抗频率选择性衰落或窄带干扰及信号波形间的干扰性能优越,通过各个子载波的联合编码,具有很强的抗衰落能力。在单载波系统中(如数字微波,扩频微波等),单个衰落或干扰能够导致整个通信链路失败,但是在多载波COFDM系统中,仅仅有很小一部分子载波会受到干扰,并且这些子信道还可以采用纠错码来进行纠错,确保传输的低误码率。
  5、信道利用率很高。
  这一点在频谱资源有限的无线环境中尤为重要;当子载波个数很大时,系统的频谱利用率趋于2Baud/Hz。

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